Theorie chiraler Modulationen in begrenzenden Strukturen: epitaktische Filme kubischer Helimagnete

• Antragsteller: Professor Dr. Alexei N. Bogdanov
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 240641318

Kürzlich synthetisierte epitaktische dünne Filme aus kubischen Helimagneten mit nicht-zentrosymmetrischer B20 Struktur (MnSi, FeGe und andere) stellen eine neue Klasse von nanomagnetischen Systemen dar. Diese zeigt eine Reihe physikalischer Phänomene, welche nicht aus entsprechenden Volumensystemen bekannt sind. Insbesondere ermöglichen Nanoschichten aus kubischen Helimagneten die Beobachtung bestimmter teilchenartiger Strukturen (Skyrmionen), die vor mehr als 20 Jahren theoretisch vorhergesagt wurden, sowie die feldinduzierte Abwickelung von Helikoiden in quantisierten Schritten. Unsere jüngsten Studien zeigen, dass in Nanoschichten kubischer Helimagnete das Zusammenspiel aus intrinsischer Chiralität, struktureller Begrenzung und Oberflächen/Grenzflächen-induzierten Wechselwirkungen zur Bildung von spezifisch begrenzten chiralen Modulationen führen. Diese unterscheiden sich grundlegend von solchen Modulationen, die üblicherweise in Volumen-Helimagneten beobachtet werden. Ziel des Projektes ist es, eine umfassende theoretische Beschreibung chiraler Modulationen in begrenzenden Strukturen zu geben und damit physikalische Beziehungen zwischen Besonderheiten der Strukturen und spezifischen Effekten in Nanoschichten kubischer Helimagnete herzustellen. Innerhalb der üblichen mikromagnetischen Theorie des Helimagnetismus sollen strenge Lösungen für helikale und skyrmionische Modulationen in dünnen Schichten kubischer Helimagnete in einem weiten Bereich thermodynamischer Parameter hergeleitet werden. Unsere theoretischen Ergebnisse sollen benutzt werden, um magnetische Phasendiagramme für Nanoschichten kubischer Helimagnete mit verschiedenen Arten induzierter magnetischer Anisotropie zu konstruieren. Die Ergebnisse werden für eine detaillierte Analyse der jüngsten Experimente an epitaktischen Filmen aus MnSi und FeGe verwendet und sollen in diesen Systemen beobachtete komplexe Magnetisierungsprozesse erklären. Weiterhin sollen sie die theoretische Grundlage für die aufkommende Nanophysik der strukturell begrenzten chiralen Modulationen bereitstellen und praktische Empfehlungen für zukünftige Untersuchungen liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen